DE1261967B - Ultrasonic delay line with a long thin band as a sound transmission path - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL: Int. CL:

H03hH03h

Deutsche Kl.: 21 g - 34German class: 21 g - 34

Nummer: 1261967Number: 1261967

Aktenzeichen: W 37062IX d/21 gFile number: W 37062IX d / 21 g

Anmeldetag: 27. Juni 1964Filing date: June 27, 1964

Auslegetag: 29. Februar 1968Open date: February 29, 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einem langen dünnen Band als Schallübertragungsbahn, das zu einer Spirale aufgerollt und an den Enden je mit einem Wandler zum Erzeugen bzw. Empfangen von sich in Dickenschwerschwingungen längs des Bandes fortpflanzenden Ultraschallwellen versehen ist.The invention relates to an ultrasonic delay line with a long thin band as a sound transmission path, which is rolled up into a spiral and at each end with a transducer for generating or receiving itself in thickness vibrations is provided along the tape propagating ultrasonic waves.

Ultraschallverzögerungsleitungen der verschiedenen Bauarten, wie diese in zahlreichen Impulssystemen verwendet werden, haben in letzter Zeit zunehmend Bedeutung erlangt, und es werden für sie immer neue Anwendungsmöglichkeiten vorgeschlagen. Die praktische Anwendbarkeit von Verzögerungsleitungen wird jedoch durch ihren vergleichsweise großen Raumbedarf eingeschränkt. Dies ist insbesondere in denjenigen Anwendungsfällen, z. B. bei Speichern hoher Speicherkapazität, störend, bei denen sehr viele Verzögerungsleitungen, z. B. zur zeitweiligen Speicherung der gewünschten Informationsmengen, benötigt werden.Ultrasonic delay lines of various types, such as these in numerous impulse systems used have gained increasing importance lately, and so will be for them always proposed new application possibilities. The practicality of delay lines however, it is limited by its comparatively large space requirements. This is especially in those applications such. B. when storing high storage capacity, annoying at which have a lot of delay lines, e.g. B. for the temporary storage of the desired amount of information, are needed.

Eine unter diesem Gesichtspunkt bevorzugte Form ist die Bandverzögerungsleitung, bei der ein langes, dünnes und vergleichsweise breites Band zu einem Ringwickel mit vergleichsweise großem Innendurchmesser aufgewickelt ist (vgl. USA.-Patentschrift 3 041556). Diese Verzögerungsleitung kann unter Anregung verschiedener Schwingungsformen betrieben werden. Sie weist gegenüber anderen Bauarten, die in gerader, fester Ausrichtung oder unter mechanischer Spannung gehalten werden müssen, beträchtliche Vorteile auf, hat aber immer noch einen beachtlichen Raumbedarf, und ein Wandler muß unbequemerweise im Innern des Ringwickels untergebracht sein.A preferred form from this point of view is the band delay line, in which a long, thin and comparatively wide tape to form a coil with a comparatively large inner diameter is wound (see US Pat. No. 3,041,556). This delay line can be under Excitation of different forms of oscillation are operated. It points to other types, that must be held in a straight, fixed alignment or under mechanical tension, considerable Advantages, but still takes up considerable space and a transducer must be inconvenient be housed inside the coil.

Es ist auch eine Verzögerungsleitung bekannt, bei der ein magnetostriktiver Draht als Verzögerungsmedium zu einer losen Spirale aufgewickelt oder auch mäanderförmig mit parallelen, durch gekrümmte Abschnitte verbundene Bahnen angeordnet ist. Auch im Falle dieser Verzögerungsleitung ist der Platzbedarf notwendigerweise groß (britische Patentschrift 714 627).A delay line is also known in which a magnetostrictive wire as a delay medium is wound into a loose spiral or else is arranged in a meandering shape with parallel paths connected by curved sections. Also in In the case of this delay line, the space requirement is necessarily large (British patent specification 714 627).

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, den Platzbedarf einer Bandverzögerungsleitung erheblich herabzusetzen und eine kompakte Bauweise zu erreichen.The invention has set itself the task of considerably reducing the space requirement of a band delay line reduce and achieve a compact design.

Die Erfindung beruht auf der überraschenden Entdeckung, daß bei einer sich in Dickenscherschwingungen fortpflanzenden Welle in einer Bandleitung diese Welle eine scharfe 180°-Biegung, deren Faltkante parallel zur Breitenabmessung des Bandes liegt, passieren kann, ohne daß durch die Faltkante eine Ultraschallverzögerungsleitung mit einem langen dünnen Band als SchallübertragungsbahnThe invention is based on the surprising discovery that in a thickness shear vibrations propagating wave in a ribbon cable, this wave has a sharp 180 ° bend, the folding edge of which is parallel to the width dimension of the tape, can happen without a Ultrasonic delay line with a long thin band as a sound transmission path

Anmelder:Applicant:

Western Electric Company Incorporated, New York, N.Y. (V. St, A.)Western Electric Company Incorporated, New York, N.Y. (V. St, A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Fecht, Patentanwalt, 6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21Dipl.-Ing. H. Fecht, patent attorney, 6200 Wiesbaden, Hohenlohestr. 21

Als Erfinder benannt:
Donald Edward Chapin,
Morris Plains, N. J. (V. St. A.)Named as inventor:
Donald Edward Chapin,
Morris Plains, NJ (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 27- August 1963 (304 877)V. St. v. America August 27, 1963 (304 877)

nennenswerte Reflexion, Dämpfung oder Degenerierung der elastischen Welle eingeführt würde. Diese Erscheinung tritt nur bei dieser Schwingungsform und nicht auch bei den übrigen möglichen Formen der elastischen Schwingungen auf. Dementsprechend herrschte bisher auch allgemein die Ansicht, daß scharfe Knicke in einer Verzögerungsleitung tunlichst zu vermeiden sind. In Nutzanwendung dieser Erkenntnis geht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe von einer Verzögerungsleitung der einleitend beschriebenen Art aus und ist dadurch gekennzeichnet, daß das Band unter Bildung einer scharfen 180°-Biegung in sich zurückgefaltet und von der Faltstelle aus zu einem bifilaren Wickel aufgerollt ist.significant reflection, attenuation or degeneration of the elastic wave would be introduced. These Appearance occurs only with this form of oscillation and not also with the other possible forms of elastic vibrations. Accordingly, the general view has hitherto also prevailed that sharp kinks in a delay line are to be avoided as far as possible. In practical application of this knowledge the invention goes to solve the problem of a delay line of the introductory type described and is characterized in that the tape to form a folded back in a sharp 180 ° bend and rolled up from the fold into a bifilar wrap is.

Man erhält also einen bis ins Innere kompakten Wickel, mithin optimal kleinen Raumbedarf, und beide Wandler kommen auf den Außenumfang des Wickels zu liegen, so daß sie für einen Anschluß und eine gegebenenfalls notwendige Reparatur leicht zugänglich sind. Des weiteren kann jeder Wandler ohne weiteres als Eingangs- oder als Ausgangswandler an die Schaltung angeschlossen werden. Es besteht daher für den Schaltungsentwurf größere Freizügigkeit.So one obtains a winding that is compact right down to the inside, and therefore an optimally small space requirement, and both transducers come to lie on the outer circumference of the coil, so that they are for a connection and any necessary repairs are easily accessible. Furthermore, every converter can do without further can be connected to the circuit as input or output transducers. It therefore exists greater freedom of movement for circuit design.

Im folgenden ist die Erfindung an Hand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigtThe invention is described below using an exemplary embodiment shown in the drawing. It shows

809 510/266809 510/266

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Verzögerungsleitung, 1 is a perspective view of a delay line;

F i g. 2 eine vergrößerte Teilansicht der Anordnung nach Fig. 1 vor dem Aufrollen zu einem Wickel.F i g. Fig. 2 is an enlarged partial view of the arrangement of Fig. 1 prior to being rolled up into one Wrap.

Die dargestellte Verzögerungsleitung weist als Schallübertragungsbahn ein Band 11 auf, das eine Breite w und eine Dicke t besitzt. Die Breite w ist groß gegenüber der Dicke. Das Band kann aus irgendeinem nicht spröden Material hergestellt sein, z. B. aus Aluminium oder aus einer polykristallinen Metallegierung, dessen Korngröße klein ist im Vergleich zur Wellenlänge der zu übertragenden elastischen Welle. Das Band 11 ist an einer Stelle 12, die etwa in der Mitte der Bandlänge gelegen ist, zur BiI-dung einer scharfen 180°-Biegung umgefaltet, wobei die Faltkante parallel zur Breitenabmessung des Bandes liegt. Die 180°-Biegung 12 kann beispielsweise durch Zusammenpressen mit einem Schraubstock oder einer Flachzange hergestellt werden. Das Band 11 wird dann zu einem dicht aufgerollten bifilaren Wickel aufgewickelt, wobei das Aufwickeln von der Biegung 12 her in Richtung auf die Enden des Bandes hin erfolgt. Der Wickel kann dann durch Befestigungsmittel festgelegt werden, die nur die Schmalkanten des Bandes berühren sollen, da diese tote Oberflächen darstellen. Wie dargestellt, kann die Befestigung beispielsweise an einem Haltebrett 13 mit Hilfe eines Bügels 14 erfolgen. Ultraschallwandler IS und 16 sind an den endständigen Stirnflächen 17 des Bandes in der üblichen Weise befestigt. Ein besonderer Vorteil der Verzögerungsleitung ist darin zu sehen, daß beide Wandler am Außenumfang des Wickels liegen, also leicht zugänglich sind. Hierbei kann jeder Wandler wahlweise als Emgangswandler oder als Ausgangswandler betrieben werden.The delay line shown has a band 11 as a sound transmission path which has a width w and a thickness t . The width w is large compared to the thickness. The tape can be made of any non-brittle material, e.g. B. made of aluminum or a polycrystalline metal alloy whose grain size is small compared to the wavelength of the elastic wave to be transmitted. The band 11 is folded over at a point 12, which is located approximately in the middle of the band length, to form a sharp 180 ° bend, the folded edge being parallel to the width dimension of the band. The 180 ° bend 12 can be produced, for example, by pressing together with a vice or flat-nose pliers. The tape 11 is then wound into a tightly rolled-up bifilar roll, the winding taking place from the bend 12 in the direction of the ends of the tape. The winding can then be fixed by fastening means that should only touch the narrow edges of the tape, since these represent dead surfaces. As shown, it can be attached to a holding board 13 with the aid of a bracket 14, for example. Ultrasonic transducers IS and 16 are attached to the end faces 17 of the belt in the usual manner. A particular advantage of the delay line can be seen in the fact that both transducers are located on the outer circumference of the coil, that is to say are easily accessible. Each converter can be operated either as an input converter or as an output converter.

In F i g. 2 ist eine vergrößerte Teilansicht der Bandleitung 11 dargestellt, und zwar bevor diese zu einem Wickel aufgerollt worden ist. Aus der F i g. 2 sind die scharfe Biegung 12 sowie Einzelheiten des Aufbaues der Wandler ersichtlich. Die Wandler 15, 16 haben eine der verschiedenen möglichen Ausführungen, die dafür bekannt sind, eine elastische Dickenscherschwingung im Band 11 zu erzeugen. Beispielsweise können die Wandler 15 und 16 je Y-geschnittene piezoelektrische Kristalle sein oder können Dickenscherschwingungen erzeugende keramische Wandler auf Bariumtitanat-Basis sein. In jedem Fall sind die Wandler richtig gepolt oder polarisiert, und zwar in einer Richtung, die senkrecht zur Längsachse des Bandes 11 und parallel zu den Breitseiten desselben verläuft. Diese Richtung ist durch den Pfeil 18 dargestellt. Ein derartiger Wandler erzeugt eine Wellenschwingung im Band 11, bei der jedes Bandpartikel 19 senkrecht zur Bandlängsachse und parallel zur Polrichtung der Wandler schwingt. Eine derartige Schwingung wird allgemein als Dickenscherschwingungsform bezeichnet. Weitere Einzelheiten hinsichtlich dieser Schwingungsform, des Einflusses der Dimensionen der Bandleitung auf die Schwingungskennlinien und der Wandlerkonstruktion können beispielsweise der obenerwähnten USA.-Patentschrift entnommen werden.In Fig. FIG. 2 shows an enlarged partial view of the ribbon line 11, to be precise before it closes rolled up in a roll. From FIG. 2 are the sharp bend 12 and details of the Structure of the converter can be seen. The converters 15, 16 have one of the various possible designs, which are known to generate elastic thickness shear oscillation in belt 11. For example, the transducers 15 and 16 can each be or be Y-cut piezoelectric crystals For example, ceramic transducers based on barium titanate which generate thickness shear vibrations can be used. In In either case, the transducers are properly poled or polarized in a direction that is perpendicular to the longitudinal axis of the belt 11 and parallel to the broad sides of the same. This direction is represented by arrow 18. Such a transducer generates a wave oscillation in the belt 11, at of each ribbon particle 19 perpendicular to the longitudinal axis of the ribbon and parallel to the pole direction of the transducer swings. Such a vibration is commonly referred to as a thickness shear mode. Further Details regarding this mode of oscillation, the influence of the dimensions of the ribbon line the vibration characteristics and the transducer construction can be, for example, those mentioned above U.S. Patent.

Reflexionen an den Schmalkanten des Bandes 11 und eine Nebenkopplung zwischen benachbarten Windungen des Wickels würden unerwünschte Wechselwirkungen erzeugen. Diese Effekte werden durch Abdecken der Schmalkanten sowie der unmittelbar hierzu benachbart gelegenen Zone der Breitseiteniiächen des Bandes mit einem Absorber 20 vermieden, der durch ein über die Längskanten des Bandes gefaltetes Klebeband, z. B. ein Kunststoff- oder ein Textilklebeband, gebildet sein kann.Reflections on the narrow edges of the tape 11 and a secondary coupling between neighboring ones Turns of the coil would create undesirable interactions. These effects will by covering the narrow edges and the zone of the broad side surfaces immediately adjacent to them of the tape with an absorber 20 avoided by an over the longitudinal edges of the tape folded tape, e.g. B. a plastic or a textile adhesive tape can be formed.

Wie gefunden wurde, kann eine sich in Dickenscherschwingungen fortpflanzende Welle, und nui eine solche Welle, die Biegung 12 ohne Degenerierung der Schwingungsform oder ohne Energieverlust passieren. Eine mögliche Erklärung dieser beiden Effekte beruht auf dem Umstand, daß die Partikelbewegung bei dieser Schwingungsform in einer Richtung erfolgt, die parallel zu den Breitseiten des Bandes und senkrecht zur Ebene der 180°-Biegung orientiert ist, so daß die Breitseiten des Bandes die Welle um die Biegung ohne Reflexion und Energieverlust herumführen. Daher wird Wellenenergie, die vom einen Wandler 15 oder 16 dem Band 11 eingekoppelt wird, in den Wickel längs der zugeordneten Spiralbahn bis zum Zentrum einlaufen, die Biegung 12 passieren und dann längs der anderen durch die zwischenliegenden Wicklungen gebildeten Spirale wieder aus dem Wickel herauslaufen, um schließlich am anderen Wandler zu erscheinen, an dem die Dickenscherschwingung wieder in elektrische Energie umgesetzt wird.As has been found, a wave propagating in thickness shear vibrations can, and nui such a wave, the bend 12, without any degeneration of the oscillation form or without loss of energy happen. A possible explanation of these two effects is based on the fact that the particle movement this mode of oscillation takes place in a direction that is parallel to the broad sides of the belt and is oriented perpendicular to the plane of the 180 ° bend, so that the broadsides of the belt meet the wave around the bend without reflection and loss of energy. Therefore, wave energy generated by the a transducer 15 or 16 is coupled to the band 11, in the winding along the associated spiral path run in to the center, pass bend 12 and then along the other through the spiral formed between windings run out of the winding again to finally to appear at the other transducer, at which the thickness shear oscillation is converted back into electrical energy is implemented.

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Ultraschallverzögerungsleitung mit einem langen dünnen Band als Schallübertragungsbahn, das zu einer Spirale aufgerollt und an den Enden je mit einem Wandler zum Erzeugen bzw. Empfangen von sich in Dickenscherschwingungen längs des Bandes fortpflanzenden Ultraschallwellen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (11) unter Bildung einer scharfen 180°-Biegung in sich zurückgefaltet und von der Faltstelle aus zu einem bifiilaren Wickel aufgerollt ist.Ultrasonic delay line with a long thin band as a sound transmission path, rolled up into a spiral and with a transducer at each end for generating or receiving of ultrasonic waves propagating in thickness shear oscillations along the strip is provided, characterized in that the band (11) under formation folded back in a sharp 180 ° bend and from the fold into a bifilar one Winding is rolled up. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 714 627; USA.-Patentschrift Nr. 3 041 556.References considered: British Patent No. 714,627; U.S. Patent No. 3,041,556. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 809 510/266 2.68 © Bundesdruckerei Berlin809 510/266 2.68 © Bundesdruckerei Berlin